Motores en el espacio: Parte I motores DC

Gustavo Hernández Heras

Fecha: 2018-11-07


¿Recuerdas cuando eras pequeño y desarmabas algún juguete averiado para averiguar la causa del problema? Seguramente en algún momento te encontraste con un motor, si, ese pequeño artefacto misterioso con forma cilíndrica y una carcasa metálica, con un vástago en uno de los extremos y que por lo general estaba unido a una llanta o algunos engranes.

 

¿Qué es un motor?

 

Técnicamente está clasificado como una máquina eléctrica, capaz de convertir una corriente (energía eléctrica), en energía mecánica. Esta energía mecánica por lo general genera un movimiento de rotación en el vástago.

 

Los motores eléctricos son muy importantes en algunas ramas de la ingeniería, como en la robótica, mecatrónica y por supuesto en ingeniería aeroespacial. Pues permiten generar fuerzas en el mundo físico para manipular diferentes sistemas, por ejemplo, dotar de movimiento todo tipo de robots, apertura de cerraduras, como actuadores en los sistemas de control para la orientación de paneles solares, etc.

¡Imagina la cantidad de motores eléctricos que tiene la ISS!

Práctica 6: Control de motor DC

Objetivos:

  • Identificar los motores DC.
  • Entender el funcionamiento del Driver L293D.
  • Controlar la velocidad y dirección de giro de un motor DC.

Introducción

 

Existen dos clasificaciones de motores, los hay de corriente alterna que se distinguen entre trifásicos, monofásicos, de arranque con capacitor, etc. Y los de corriente directa donde encontramos los clásicos motores DC, motores a pasos, servomotores, motores sin escobillas y la lista continúa. Aunque en este artículo no estudiaremos cada uno de ellos, te mostraremos uno de los más básicos, en esta sección abordaremos cómo controlar el motor DC sin reducción.

Motor DC

 

Estos motores se alimentan con un voltaje DC tal cual como el que proporciona cualquier batería o pila. El rango de alimentación puede variar desde 3V hasta 36V o más, todo depende del modelo.

¿Pero que lo hace tan especial?

 

Este artefacto, tiene la capacidad de girar ininterrumpidamente mientras recibe una corriente eléctrica, y además podemos cambiar la dirección del giro con tan solo cambiar la polaridad de la alimentación. Imagina todo lo que puedes construir ahora, solo es cuestión de creatividad, por mencionar algunos ejemplos, propulsar algún vehículo, o fabricar un sistema de refrigeración automático por flujo de aire utilizando el sensor LM35, etc.


 

¿Cómo puedo controlarlo?

 

Es posible controlar este tipo de motores electrónicamente, detenerlo, cambiar la dirección de giro e incluso controlar la velocidad. Te mostraremos como hacerlo con Arduino y un chip muy especial conocido como driver L293D.

El L293D es un circuito integrado de 16 pins en un empaquetado DIP-16, capaz de controlar hasta dos motores de corriente directa. Veamos un resumen de sus terminales

Descripción de los pins en el driver L293D
4, 5, 12, 13   GND o terminal negativa de la batería
8, 16   VCC terminal positiva de la batería
3,6   Salida para el motor 1
11, 14   Salida para el motor 2
2,7   Señales control de dirección para motor 1
10,15   Señales control de dirección para motor 2
1   Señal para control de velocidad motor 1
9   Señal para control de velocidad motor 2

Algunas consideraciones especiales.

 

El driver L293D puede soportar hasta 500mA de corriente por canal, siendo un total de 1A utilizando dos motores, uno por cada salida.

 

Es posible utilizar dos fuentes de alimentación distintas, una para energizar el chip Vcc1 y otra para los motores Vcc2, de esta manera podemos alimentar los motores con hasta 36V, pero para nuestro caso ambas entradas serán alimentadas  con 5 V.

Hagámoslo


A continuación te enseñaremos a realizar la conexión entre el motor, el Driver L293D y Arduino. A continuación el diagrama para que puedas realizar el ensamble en tu protoboard.

 

Diagrama de conexión

Carga el siguiente código para comenzar a controlar el motor DC, después deberás abrir el monitor serial que servirá como interfaz de comunicación con el motor y presionar lo siguiente:

1 Velocidad baja

2 Velocidad media

3 Velocidad Alta

a Giro horario

s Giro antihorario

d Detener

#define M0 6
#define M1 7
#define EN 3
#define LED 13

int velocity = 0;

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  
  Serial.begin(9600);
  pinMode(LED, OUTPUT);
  pinMode(M0, OUTPUT);
  pinMode(M1, OUTPUT);
  digitalWrite(LED, HIGH);
  

}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  if(Serial.available() > 0){
    char ctrl = Serial.read();
    switch(ctrl){
      case '1':
        Serial.println("Velocidad baja " + String(velocity));
        velocity = 85;
      break;

      case '2':
        velocity = 170;
        Serial.println("Velocidad media " + String(velocity));
      break;

      case '3':
        velocity = 255;
        Serial.println("Velocidad alta " + String(velocity));
      break;

      case 'a':
        analogWrite(EN, velocity);
        digitalWrite(M0, HIGH);
        digitalWrite(M1, LOW); 
        Serial.println("Giro en sentido horario");
      break;

      case 's':
        analogWrite(EN, velocity);
        digitalWrite(M0, LOW);
        digitalWrite(M1, HIGH);
        Serial.println("Giro en sentido antihorario");
      break;

      case 'd':
        analogWrite(EN, velocity);
        digitalWrite(M0, LOW);
        digitalWrite(M1, LOW);
        Serial.println("Detener");
      break;
        
    }
  }

}

Galeria

 

Conclusiones 

 

Los motores son máquinas eléctricas que transforman energía eléctrica en energía mecánica. Existen diferentes tipos de motores que funcionan con corriente alterna y corriente directa. El motor DC es uno de los más simples en su construcción y funcionamiento. Es posible controlarlo de forma electrónica mediante un driver L293D, de esta manera podemos ajustar la velocidad y la dirección de giro.

 

Aplicaciones

 

Este dispositivo es muy socorrido como un actuador, generalmente lo encontrarás para hacer girar ruedas de algún vehículo, sin embargo, sus aplicaciones se amplían a herramientas de trabajo, de limpieza, computación, automatización de procesos, entre otras. 



Etiquetas: Motores DC,Motores,Electrónica

Revista Hacia El Espacio de divulgación de la ciencia y tecnología espacial de la Agencia Espacial Mexicana.




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